sábado, 26 de septiembre de 2009

El impacto de un cometa explicaría el origen de las primeras proteínas y por qué los aminoácidos terrestres son de izquierdas.


A la hora de explicar el origen químico de la vida, salvada la aparición de las primeras moléculas, destacan dos dificultades importantes: por un lado cómo se originaron las primeras moléculas complejas, los primeros polímeros que darían lugar a las proteínas, y por otro por qué la vida en la Tierra sólo emplea aminoácidos levógiros. Un equipo del Instituto SETI aporta una posible solución a ambas preguntas: el impacto de un cometa.

Cuando se discute las distintas posibilidades del origen de la vida en la Tierra, tarde o temprano se termina hablando de los aminoácidos. La vida en la Tierra usa 20 de ellos para construir miles y miles de proteínas diferentes que realizan un número proporcional de funciones diferentes en las células, por lo que su importancia es evidente.

En muchos de los experimentos que se hacen para intentar averiguar cuales fueron los primeros pasos de la evolución química, los investigadores se dan por muy satisfechos si en alguno de ellos aparece alguno de estos aminoácidos. Las noticias de su detección en un cometa o en una nube interestelar copan los titulares de los medios de divulgación científica, siempre acompañados por la coletilla “posibilidad de la existencia de vida”

Y, sin embargo, la mera presencia de aminoácidos no es suficiente, es necesario que se unan entre sí y esto, aparentemente tan sencillo, no lo es. El enlace peptídico, el que se produce entre la parte amino de un aminoácido con la ácido de otro para formar las cadenas (péptidos) que terminarán formando proteínas, no es espontáneo a las temperaturas ordinarias, existe una barrera energética, es decir, una cantidad de energía que hay que aportar para que la reacción tenga lugar, es lo que se llama energía de activación. Los químicos emplean para facilitar las reacciones en los laboratorios unas sustancias llamadas catalizadores cuya función es reducir la energía de activación. Los organismos vivos recurren al uso de catalizadores naturales, llamados enzimas. Pero los enzimas son ellos mismos proteínas. ¿Cómo empezó pues la polimerización de los aminoácidos?

Otro misterio es por qué la vida usa aminoácidos levógiros cuando de forma natural existen dextrógiros (giran la luz polarizada a la derecha) y levógiros (giran la luz polarizada a la izquierda). Esto es a lo que nos referimos cuando hablamos de quiralidad.

Una respuesta a ambas preguntas puede que venga del espacio exterior: Jennifer Blank y sus colegas del Instituto SETI (EE.UU.) estudian los cometas y el efecto de sus impactos en la formación de moléculas complejas de una quiralidad determinada.

Una forma de conseguir estas moléculas es hacer los aminoácidos en el espacio y que vengan a la Tierra a bordo de meteoritos y cometas. Hay muchas pruebas de que los meteoritos transportan aminoácidos. Y hace muy poco, se descubrió un aminoácido en el material de un cometa que fue traído por la sonda Stardust de la NASA.

El equipo de Blank quería saber qué les pasaba a estas biomoléculas cuando su “cápsula espacial” cometaria se estrellaba en la Tierra. ¿Por qué un cometa y no un meteorito? Para empezar, porque el impacto de un cometa es menos “agresivo” que el de un meteorito, ya que los meteoritos son menos densos, lo que significa que el impacto genera temperaturas y presiones menores. En segundo lugar, los cometas transportan agua, que es clave para las reacciones químicas que dan lugar a la vida tal y como la conocemos. Cuando el cometa se estrella, su hielo se derrite formando un charco en el lugar del impacto, si éste es terreno seco (en el mar toda los productos se diluyen y no hacemos nada).

Hasta aquí la teoría, ¿cómo se puede confirmar la validez de esta hipótesis a nivel experimental? Para simular un cometa impactando con la Tierra, Blank et. al disparan una bala dentro de un contenedor de metal del tamaño de una lata de conservas. En esta situación, el contenedor es el cometa y la bala la dura tierra. Dentro del contenedor hay una pequeña cámara del tamaño de una moneda, en la que se deposita una muestra líquida de moléculas orgánicas. Tras el impacto y tras asegurarse de que no ha habido filtraciones, la cámara se extrae con mucho cuidado a través de un dispositivo que garantiza que no se contamina.

En 2001 el equipo ya informó en un artículo publicado en Origins of Life and Evolution of Biospheres, para sorpresa de muchos, que los aminoácidos colocados en el simulador cometario estaban todavía intactos tras el impacto. Normalmente, las temperaturas cercanas a los 600 º C dentro del “cometa estrellado” destruirían los aminoácidos. Pero, aparentemente, la temperatura sube y baja tan rápidamente que a las moléculas nos le da tiempo de reaccionar. La altísima presión, 10.000 atmósferas, también puede contribuir a que la descomposición no tenga lugar.

Sin embargo, los aminoácidos hicieron algo más que sobrevivir. También comenzaron a reaccionar entre sí para formar cadenas de hasta 5 aminoácidos de largo. Es concebible que el impacto de un cometa produjese las primeras piezas rudimentarias de las proteínas, los péptidos, y que de esta forma se echase a rodar la bola.

En lo que respecta a la quiralidad, Blank piensa que podría haber una diferencia en cómo se enlazan los aminoácidos en las condiciones del impacto. Los aminoácidos levógiros (de izquierdas) tendrían mayor facilidad para enlazarse a otros levógiros que a un dextrógiro o que los dextrógiros entre sí. Esta preferencia, si existe, explicaría el exceso enantiomérico (hay más de izquierdas que de derechas) en los restos del impacto. Según esta hipótesis en este hecho estribaría la explicación de porqué la vida en la Tierra usa abrumadoramente aminoácidos levógiros. Los trabajos para la confirmación experimental de la hipótesis están en marcha.

Referencia:

Blank, J., Miller, G., Ahrens, M., & Winans, R. (2001). Experimental Shock Chemistry of Aqueous Amino Acid Solutions and the Cometary Delivery of Prebiotic Compounds Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 31 (1/2), 15-51 DOI: 10.1023/A:1006758803255

2 comentarios:

copepodo dijo...

Ya me imagino que no es casualidad que hayas escogido este artículo unos días después de que me preguntara si técnicamente era posible una biosfera de aminoácidos dextrógiros. Me ha sorprendido aprender que las proteínas de aminoácidos levógiros son objetivamente más rentables, en un mundo pre-biótico.

César dijo...

Efectivamente, no es casualidad.

La verdad es que el proyecto de Blank, que se puede leer en la página del Instituto SETI, es apasionante. Lo llevará a cabo en los próximos años en el Lawrence Livermore.

Esa mayor eficiencia aún no está probada experimentalmente (es en lo que está trabajando Blank), pero como lo pruebe será genial. Daría un gran apoyo a la idea de inteligencia extendida por el universo, y al proyecto SETI.

Un cordial saludo.